Понимание прокатных станов: виды, процессы и применение

Что такое прокатка?

В металлообработке прокатка — процесс формовки металла, при котором металлическая заготовка проходит через одну или несколько пар валов для уменьшения толщины, достижения равномерной толщины и/или придавания желаемых механических свойств.

Концепция похожа на раскатывание теста. Прокатка классифицируется по температуре прокатываемого металла. Если температура выше температуры рекристаллизации — горячая прокатка.

Если температура ниже температуры рекристаллизации — холодная прокатка. По объему использования горячая прокатка обрабатывает больше тоннажа, чем любой другой производственный процесс, а холодная прокатка — наибольший тоннаж среди всех процессов холодной деформации.

Вальцевые станины, держащие пары валов, группируются в прокатные станы, которые быстро обрабатывают металл, обычно сталь, в продукты: конструкционную сталь (двутавры, уголки, швеллеры), круглый прокат, рельсы. Большинство сталелитейных заводов имеют прокатные цеха, превращающие полуфабрикаты в готовые изделия.

Существует много типов прокатных процессов: кольцевая прокатка, валковое гнутие, валковое формование, профильная прокатка и управляемая прокатка.

Что такое прокатные станы?

Изобретение прокатного стана в Европе приписывают Леонардо да Винчи по его чертежам. Ранние прокатные станы в грубой форме, но по тем же принципам, находились на Ближнем Востоке и в Южной Азии уже в 600 г. до н.э. Ранние прокатные станы были расщепляющими (slitting mills), введенными из Бельгии в Англию в 1590 г.

Они пропускали пластины между валами для получения железа в пластину, затем через желобковатые валы (расщепители) для производства прутьев. Первые опыты прокатки железа для жестяного листа начались около 1670 г.

В 1697 м. Джон Ханбери построил завод в Понтиполе для прокатки «понтипульских пластин» — черной пластины. Позже это начали перепрокаткивать и оловать для производства жести. Раннее производство пластинчатого железа в Европе было в кузницах, а не на прокатных станах.

Расщепляющий стан адаптировали для производства ободков (для бочек) и железа с полукруглым или другими сечениями, что стало предметом двух патентов ~1679 г.

Некоторые ранние работы по прокатным станам относятся к шведскому инженеру Кристоферу Полхему в его «Patriotista Testamente» 1761 г., где упоминает прокатные станы для пластин и пруткового железа. Он объясняет, как прокатные станы экономят время и труд, так как могут производить 10–20 и более прутьев одновременно.

Патент предоставлен Томасу Блокли из Англии в 1759 г. за полировку и прокатку металлов. Другой патент в 1766 г. Ричарду Форду из Англии за первый тандем-стан. Тандем-стан — когда металл прокаткивается последовательно через стояки; стан Форда был для горячей прокатки прутков.

Виды прокатных станов

По требованиям процесса и расположению валов прокатные станы делятся на категории:

1. Двухвальцевые прокатные станы (Two High Rolling Mills)

Состоят из двух валов, вращающихся в противоположных направлениях для движения заготовки. Заготовка подается между валами, которые приложляют полную силу, деформируя заготовку в нужную форму. Для качественного двухвальцевого стана можно обратиться к производителям валов.

Двухвальцевые стана делятся на две категории: нереверсивные — валы вращаются только в одном направлении, заготовка подается только в одном направлении; и реверсивные — валы вращаются в обоих направлениях.

2. Трехвальцевые прокатные станы (Three High Rolling Mills)

Состоят из станины с тремя параллельными валами один над другим. Смежные валы вращаются в противоположных направлениях, чтобы пропускать материал между верхним и средним валом в одном направлении, а между средним и нижним — в противоположном.

Заготовка прокаткивается и в прямом, и в обратном проходах. Заготовка проходит через нижний и средний валы, возвращается между средним и верхним. Различные производители валов обеспечивают качественные станы для любых промышленных потребностей.

3. Четырехвальцевые прокатные станы (Four High Rolling Mills)

Имеют станину с четырьмя параллельными валами один над другим. Верхний и нижний валы работают в противоположных направлениях. Два средних меньше верхнего и нижнего, также известны как подшибочные (backup) валы.

4. Тандем-прокатные станы (Tandem Rolling Mills)

Состоят из набора двух или трех нитей валовых комплектов в параллельном выравнивании. Непрерывный проход возможен через каждый с изменением направления материала. Многие производители поставляют качественные тандем-станы различным отраслям.

5. Кластерные прокатные станы (Cluster Rolling Mills)

Кластерные стана — это четырехвальцевые стана, где каждый рабочий вал поддержан двумя или более валами для прокатки твердых материалов. Иногда нужно использовать рабочие валы минимального диаметра.